船舶电站管理系统同步并车模块设计synchronousswitchingmoduledesignofmanagement
System Of Ship Power Station摘 要System Of Ship Power Station摘 要船舶电站对于整个船舶来说是不可缺少的，它就相当于我们人的“心脏”，为整个船舶的运行提供动力，关系着船舶是否能够正常启动和运行。我们此次完成的设计是船舶电站的自动同步并车装置，并车装置在船舶电站中占有不可或缺的位置，可以减少备用发电机组的数量，使电能得到合理使用，避免浪费，增加船舶电站的可靠性。本装置先使用变压器将待并机和电网两侧的高电压转换成低电压，再通过两个桥式整流电路得到待并机和电网电压之间的差值，即电压差。然后再把两个低电压转换成方波信号，最后使用增强型51单片机计算可以得到其频率以及相位差。当两侧的电压相同、频率相同、相位保持一致时（理想状态），单片机就发出并车信号。该装置简单可靠，可以满足船舶作业的环境。关键词船舶电站；自动同步并车；单片机；Abstract
Keywords: Ship power station；Automatic synchronization joint operating device；MCU； 目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及存在的问题 1
1.3 船舶电站并车的条件 3
1.4 课题研究的主要内容、大致步骤和措施等 3
第二章 原理图和PCB图的设计 5
2.1 用Altium Designer设计并绘制原理图和PCB图 5
2.1.1 原理图的设计 5
2.1.2 PCB图的设计 7
2.2 设计、绘制原理图和PCB图遇到的问题 10
2.3本章小结 11
第三章 硬件设计 11
3.1 硬件电路设计思路 12
3.2 主控芯片选型及复位电路的设计 12
3.3电网和待并机的电压采集电路 15
3.4稳压电源电路 17
3.5整流求电压差值电路 18
3.6波形转换电路 18
3.7调频驱动电路和合闸驱动电路 20
3.8通讯模块电路设计 22
3.9并车系 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
Keywords: Ship power station；Automatic synchronization joint operating device；MCU； 目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及存在的问题 1
1.3 船舶电站并车的条件 3
1.4 课题研究的主要内容、大致步骤和措施等 3
第二章 原理图和PCB图的设计 5
2.1 用Altium Designer设计并绘制原理图和PCB图 5
2.1.1 原理图的设计 5
2.1.2 PCB图的设计 7
2.2 设计、绘制原理图和PCB图遇到的问题 10
2.3本章小结 11
第三章 硬件设计 11
3.1 硬件电路设计思路 12
3.2 主控芯片选型及复位电路的设计 12
3.3电网和待并机的电压采集电路 15
3.4稳压电源电路 17
3.5整流求电压差值电路 18
3.6波形转换电路 18
3.7调频驱动电路和合闸驱动电路 20
3.8通讯模块电路设计 22
3.9并车系 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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统的抗干扰 22
3.10本章小结 23
第四章 软件设计 24
4.1并车装置的整体设计 24
4.2中断服务子程序的设计 26
4.3 差频电压的获得 28
4.4相位差的计算和相位鉴别 30
4.5投入指令超前量的获得 32
4.5.1恒定超前相角的获取 32
4.5.2恒定超前时间的获取 32
4.6装置的调试运行 34
本章小结 37
第五章 结论与展望 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
船舶电站研究的对象是发电机发出电能和分配电能给船上用电设备的问题。从发电、配电、输电到各用电设备所构成的整体称为船舶电力系统，该系统由原动机、发电机、主配电板以及附属设备组成。自动控制的船舶电站不但可以保证船舶电站供电的可靠性、连续性和经济性，而且可以得到高质量的电能。随着电气化程度和船舶吨位的提升，电站容量也会随之增加，所以为了减少燃料，合理使用电能，解放人力物力，我们本设计所要做的就是船舶电站的自动同步并车装置。那么，采用多台发电机组供电比单台发电机供电的优点有：
（1）能够减少备用发电机组的数量；
（2）使电能得到了合理的使用，有效的避免了浪费；
（3）增加了船舶电站的可靠性；
（4）由于选取数量不同的发电机组，可以保证每台发电机组在最节能的情况下运行，可以节省燃料。
由此可见，船舶电站的并车装置在我们的船舶电站中是不可缺少的一部分，值得我们去研究。
1.2 国内外研究现状及存在的问题
在五十年代普遍开展了船电交流化工作，从1961年起自动化船舶数量显著增加，电站也开始从交流化的基础上逐步向自动化发展。在1964年以前各国已采用船舶电站的单个自动控制装置，如自动并车装置、自动负载分配装置和无刷交流发电机。1964年世界上出现无人机舱船后，不少国家已经研制并生产用固体电路的船舶电站自动化成套装置，包括自动同步并车装置、自动负载分配装置、并联运行时的故障检测装置和速度继电器等，可控制的发电机台数多达4台。1966年电子计算机应用于船舶，为全船自动化（包括电站自动化）创造了条件。1970年以后，已有用计算机控制机舱数据的巡回检测、机舱故障的应急处理以及电站自动化等。在70年代末，我国也成功试制了电站自动化成套装置，并在7500吨客货轮“长生”号与长江水质监测船“长清”号等船舶上安装使用。
国内外主要厂商：
挪威康斯伯格：主要生产和研发商船队、海工、海运信息技术、工序自动化、渔业及渔业研究海洋领域中的自动监测控制系统产品，为客户提供动力定位及航行系统、货运管理系统及液位传感器以及位置参考系统。目前该公司主要有K．Chief 600和K—Chief 700两大机舱监控报警系统，K．Chief 600是为标准商船的安全性和可靠性设计的，K—Chief 700可以满足复杂船只定制化的需求。
（2）上海驷博集团：公司主要生产开发、生产船舶自动化设备及船舶电气设备，公司重点放在了国内市场中小船舶和挖泥船舶的配套，其公司的优势是低成本，主要是在国内中小船厂、研究所推荐自己的产品，在国内市场有很大的影响力。目前该公司最新产品是SB．2001的监控报警系统型号。
目前交流同步发电机的并车方法有三种：
1、准同步法，这种方法的优点是冲击电流最小，但是在负载频繁变化时，捕捉同步时刻会比较困难，等待时间也比较久；
2、电抗同步法，这种方法放宽了并车的条件，避免了准同步中捕捉同步时刻的麻烦，因此，操作简单，并车可靠，但增加了电抗器等设备，适用于并联操作不频繁的大、中小型电站，或作为自动准同步并车的备用方法，适用范围比较小；
3、自同步法，这种方法操作非常简单、合闸比较迅速，但是冲击电流很大，电压跌落达到30%40%，恢复时间约为0.20.6秒，电网的稳定运行很可能被破坏。伴随着自动并车不断提高可靠性，它将被应用得越来越广泛，已经成了自动化电站中必不可少的重要环节。
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